Rainer Parthier Messtechnik Grundlagen und Anwendungen der elektrischen Messtechnik für alle technischen Fachrichtungen und Wirtschaftsingenieure 5., erweiterte Auflage Mit 131 Abbildungen und 31 Tabellen STUDIUM VIEWEG+ TEUBNER
VII 1 Messen; Voraussetzungen und Durchführung 1 1.1 Messgröße, Maßeinheit 1 1.2 SI-Einheitensystem : 2 1.3 Normale 5' 1.4 Kontrollfragen und Übungsaufgaben 6 2 Messsignale 7 2.1 Klassifizierung von Messsignalen 7 2.2 Wandlung von Messsignalen 9 2.3 Analog-Digital-Wandlung 12 2.4 Kontrollfragen und Übungsaufgaben 14 3 Charakterisierung von Messsignalen 15 3.1 Signälformen von Messsignalen 15 3.2 Kenngrößen von Einzelimpulsen und periodischen sinusförmigen Signalverläufen 17 3.3 Mittelwerte periodischer Signale 19 3.3.1 Linearer Mittelwert und Gleichrichtwert ; 19 3.3.2 Quadratischer Mittelwert und Effektivwert 20 3.3.3 Weitere Parameter periodischer Signale 23 3.4 Kenngrößen von nichtsinusförmigen periodischen Signalen 24 3.5 Logarithmische Übertragungsverhältnisse 30 3.6 Kontrollfragen und Übungsaufgaben 33 4 Messmethoden '. 34 4.1 Ausschlagmethode 34 4.2 Differenzmethode (Methode der unvollständigen Kompensation) 35 4.3 Kompensationsmethode 36 4.4 Kontrollfragen 37 5 Messeinrichtung 38 5.1 Wechselwirkung zwischen Grundfunktion und Grundstruktur einer Messeinrichtung 38 5.2 Statische und dynamische Kenngrößen von Messeinrichtungen 39 5.2.1 Statische Kenngrößen von Messeinrichtungen 39 5.2.2 Dynamische Kenngrößen von Messeinrichtungen 41 5.2.2.1 Zeitverhalten linearer Übertragungsglieder 41 5.2.2.2 Analyse des Zeitverhaltens mit Differentialgleichungen 43
VIII 5.2.2.3 Analyse des Zeitverhaltens mit Testfunktionen 44 5.2.2.4 Untersuchung des Frequenzverhaltens von Messeinrichtungen 47 5.3 Kontrollfragen und Übungsaufgaben 50 6 Bewertung von Messergebnissen 51 6.1 Grundbegriffe 51 6.2 Fortpflanzung bekannter systematischer Abweichungen 56 6.3 Behandlung unbekannter systematischer Abweichungen 59 6.4 Behandlung zufälliger Abweichungen 59 6.4.1 Aufnahme und Analyse einer Messreihe 60 6.4.2 Analyse normalverteilter Messreihen 64 6.4.3 Auswertung von endlichen Messreihen 69 6.4.4 Fortpflanzung von Unsicherheiten 75 6.4.5 Bericht des Messergebnisses ' 78 6.5 Messgeräteabweichungen 79 6.5.1 Fehlergrenzen 80 6.5.2 Fortpflanzung von Abweichungen von Messgeräten 81 Beispiel 6.10 82 6.6 Kontrollfragen 83 7 Fehlertypen in Messeinrichtungen * 84 7.1 Die Auswirkung des additiven und multiplikativen Fehlers... 84 7.2 Abweichung infolge der Quantisierung 86 7.3 Angabe der Genauigkeit bei Messgeräten 89 7.4 Kontrollfragen und Übungsaufgaben \ 91 8 Messung elektrischer Größen ; 92 8.1 Erreichbare Messgenauigkeiten 92 8.2 Messung von Stromstärke und Spannung 93 8.3 Leistungsmessung 97 8.4 Messung von Wirkwiderständen (ohmsche Widerstände) 102 8.4.1 Messung mittels Strom-/Spannungsmessung 102 8.4.2 Messung mittels Brückenschaltung 104 8.5 Messung an Kondensator und Spule 106 8.5.1 Bestimmung der Kapazität eines Kondensators mittels Strom-/Spannungsmessung 107 8.5.2 Bestimmung der Induktivität einer Spule mittels Strom-/Spannungsmessung 109 8.5.3 Bestimmung von Kapazität und Induktivität mittels einer Brückenschaltung 111 8.6 Frequenz- und Zeitmessung 113 8.6.1 Frequenzmessung 113
IX 8.6.2 Zeitmessung 114 8.7 Kontrollfragen und Übungsaufgaben 115 9 Messung nichtelektrischer physikalischer Größen 116 9.1 Messkette 116 9.1.1 Messsignalaufnahme 117 9.1.2 Multiplexen. 118 9.1.3 Verstärken 120 9.1.4 Analog-Digital-Wandlung 121 9.1.4.1 Kenngrößen von ADW 121 9.1.4.2 ADW nach dem Prinzip der sukzessiven Approximation 122 9.1.4.3 Dual-Slope-Wandler 124 9.1.4.4 Parallel-AD-Wandler 126 9.1.4.5 Vergleich der vorgestellten ADW 126 9.2 Verarbeitung und Ausgeben 127 9.3 Sensoren 129 9.3.1 Klassifizierung und Grundstruktur von Sensoren 129 9.3.2 Sensoren zur Messung geometrischer Größen 132 9.3.2.1 Inkrementale Sensoren 132 9.3.2.2 Code-Lineale 136 9.3.2.3 Potentiometrische Sensoren 139 9.3.2.4 Induktive Sensoren.1 141 9.3.2.5 Transformatorische induktive Sensoren zur Winkelmessung 143 9.3.2.6 Kapazitive Sensoren 146 9.3.3 Sensoren zur Kraftmessung 152 9.3.3.1 Kraftmessung mit Dehnungsmessstreifen 152 9.3.3.2 Piezoelektrische Kraftsensoren (Piezosensoren) 158 9.3.4 Messung mechanischer Schwingungen 162 9.3.5 Sensoren zur Temperaturmessung 165 9.3.5.1 Temperaturmessung mit Widerstandssensoren 165 9.3.5.2 Thermoelementsensoren 169 9.3.6 Feuchtemessung 173 9.3.6.1 Fadenhygrometer 174 9.3.6.2 Kapazitiver Feuchtemesser 175 9.3.6.3 Resistiver Feuchtesensor 175 9.3.7 Durchflussmessung 176 9.3.7.1 Durchflussmessung mit Drosselgeräten 177 9.3.7.2 Durchflussmessung mit Ultraschall '. 180 9.7.3.3 Weitere Durchflussmessverfahren 183
9.4 Kontrollfragen und Übungsaufgaben 184 10 Automatisierte Messsysteme 185 10.1 Hardwarekonfigurationen von automatisierten Messsystemen 185 10.1.1 Instrumentierte Computer 185 10.1.1.1 Add in-variante 186 10.1.1.2 Add on-variante 188 10.1.1.3 USB-basierte Messsysteme 189 10.1.2 Messsysteme mit Busschnittstelle 192 10.1.2.1 Messsystem mit seriellem Bus 193 10.1.2.2 Messsystem mit parallelem Bus 196 10.2 Software zur Steuerung und Visualisierung 202 10.3 Kontrollfragen,..208 Antworten und Lösungen zu den Kontrollfragen und Übungsaufgaben 209 Symbole und Abkürzungen 220 Literaturverzeichnis 223 Sachwortverzeichnis : 226